Il nostro stile di vita moderno sarebbe immensamente diverso senza batterie ricaricabili. A causa del loro basso costo, tecnologia riciclabile, queste batterie sono utilizzate nella maggior parte dei dispositivi elettronici portatili, veicoli elettrici e ibridi, e sistemi di generazione di energia rinnovabile. Offrono una soluzione elegante alle crescenti esigenze energetiche del mondo. Inoltre, le batterie ricaricabili sono uno strumento essenziale nei sistemi che raccolgono energia rinnovabile, come il vento e la luce del sole, perché queste fonti possono variare notevolmente con il tempo. Le batterie ricaricabili immagazzinano l'elettricità generata e la inviano su richiesta. Così, i ricercatori di tutto il mondo si sono concentrati sul miglioramento delle batterie ricaricabili come passo verso risorse energetiche sostenibili.

Dalla loro commercializzazione, Le batterie agli ioni di litio (LIB) sono state le batterie ricaricabili di riferimento per le loro eccellenti prestazioni. Però, con il conseguente picco della loro domanda, insieme alla limitata disponibilità di litio e cobalto (altro elemento necessario per i LIB), l'uso dei LIB potrebbe presto diventare un grosso problema. Quindi un team di scienziati della Tokyo University of Science, guidato dal Prof Shinichi Komaba, hanno deciso di percorrere la strada meno battuta:si sono concentrati sulla sostituzione dell'elemento esauribile litio con alternative migliori come sodio e potassio. Sodio e potassio sono nello stesso gruppo di metalli alcalini nella tavola periodica degli elementi, e la loro natura chimica è, perciò, abbastanza simile. Ma, a differenza del litio, questi elementi sono ampiamente abbondanti sulla Terra, e il loro utilizzo per sviluppare batterie ricaricabili ad alte prestazioni sarebbe un passo avanti verso una società più sostenibile.

Nel 2014, Prof Komaba, insieme al Prof. M. Stanley Whittingham, che ha vinto il Premio Nobel per la Chimica nel 2019, ha analizzato l'attuale stato di sviluppo delle batterie agli ioni di sodio e ha pubblicato le sue valutazioni come recensione. Questo è diventato uno studio molto citato, con più di 2, 000 citazioni solo negli ultimi 5 anni. Il professor Komaba e il suo team hanno quindi esplorato un'altra plausibile alternativa ai LIB, batterie agli ioni di potassio (KIB), che sono lentamente diventati al centro di ricerche approfondite dal 2015 dopo alcuni studi pionieristici (ad es. uno studio pubblicato su Materiali della natura nel 2012), alcuni dei quali sono stati realizzati dal gruppo di Komaba. L'uso del potassio nelle batterie è promettente perché mostrano prestazioni paragonabili (o addirittura migliori) alle LIB. Cosa c'è di più, i materiali necessari per costruire i KIB sono tutti atossici e molto più abbondanti di quelli necessari per i LIB. Il professor Komaba afferma, "Studiando nuovi materiali per applicazioni in litio-, sodio-, batterie agli ioni di potassio, volevamo sviluppare una tecnologia efficiente dal punto di vista energetico e rispettosa dell'ambiente."

In un notevole sforzo per facilitare ulteriori ricerche sui KIB, il gruppo di ricerca guidato dal Prof Komaba ha analizzato in modo molto dettagliato il funzionamento dei KIB in una recensione completa pubblicata su Recensioni chimiche . Il loro documento comprende tutto ciò che riguarda lo sviluppo dei KIB, da materiali catodici e anodici, vari elettroliti e KIB completamente solidi, al drogaggio degli elettrodi e agli additivi elettrolitici. Inoltre, la revisione mette a confronto i diversi materiali utilizzati nel litio-, sodio-, e batterie agli ioni di potassio. Essendo l'unico studio che analizza in modo completo diversi aspetti delle batterie ricaricabili, potrebbe rivelarsi davvero utile per guidare i ricercatori attuali e futuri nella giusta direzione. Avere volumi completi di ricerche passate sui KIB e tutte le informazioni acquisite condensate in un singolo articolo è di immenso valore per chiunque sia interessato ad approfondire questo argomento di ricerca.

Si spera che il continuo sviluppo dei KIB porti a un aumento dell'uso di questa ambita alternativa ai LIB. "Come evidenziato da una recente intensa ricerca, I KIB sono riconosciuti come promettenti candidati per le batterie di nuova generazione grazie alle loro caratteristiche uniche, come l'economicità, alta tensione, e funzionamento ad alta potenza. Ulteriori miglioramenti alle prestazioni dei KIB aprirebbero la strada alla loro applicazione pratica, " spiega il prof Komaba.

Però, ricerca su alcuni aspetti dei KIB, come la loro sicurezza, è stato limitato, e l'attenzione dovrebbe essere posta sull'ottenere maggiori informazioni su ciò che sta accadendo fisicamente e chimicamente tra i diversi componenti ed elementi. Il professor Komaba è fiducioso in questo senso e conclude dicendo:"Ricerca sui KIB, compresi i materiali degli elettrodi, elettroliti non acquosi/solidi, e gli additivi forniranno nuove informazioni sulle reazioni degli elettrodi e sugli ionici solidi, aprendo nuove strategie che consentirebbero la creazione di batterie di nuova generazione." Il suo gruppo di ricerca si è concentrato anche su supercondensatori e celle a biocombustibile insieme a LIB e batterie agli ioni di sodio, che potrebbero trovare tutte funzioni molto importanti in una società più sostenibile in futuro.